Схема охлаждающего устройства и размещение теплообменных аппаратов
тепловоза ТЭП60
Охлаждающее устройство тепловоза ТЭП60
существенно отличается от холодильников других отечественных тепловозов:
масло дизеля охлаждается в водомасляном теплообменнике, водяные секции
типа ТЭЗ расположены в один ряд по глубине фронта, температурный режим
дизеля регулируется автоматически при помощи гидрообъемного привода
вентиляторов.
На тепловозах до № 0167 (за исключением опытных № 0098, 0141 и 0142) по
конструктивным соображениям, связанным с первыми разработками, десять
водовоздушных секций с собственным вентилятором были размещены в крыше
тепловоза над дизелем.
Первые наблюдения за работой тепловозного холодильника в условиях
эксплуатации, проведенные конструкторами завода, а затем и
тягово-теплотехнические испытания тепловоза № 0020, проведенные ЦНИИ
МПС, показали, что крышевой холодильник работает неудовлетворительно.
Низкая тепловая эффективность вызвана охлаждением секций воздухом,
подогретым в дизельном помещении (при температуре наружного воздуха +40°
С воздух в дизельном помещении может достичь 65° С).
При работе вентилятора крышевого холодильника в кузове тепловоза
возникали сквозняки. Ремонт и обслуживание дизеля также затруднялись,
так как дополнительный холодильник располагался низко над дизелем, в
зоне турбонагнетателей и цилиндров.
Чтобы устранить эти недостатки, заводом было разработано и внедрено с
тепловоза ТЭП60 № 0167 модернизированное охлаждающее устройство, схема
которого представлена на рис. 54. Принцип циркуляции воды двухконтурный.
В первом контуре циркулирует вода охлаждающая детали дизеля. К этому
контуру относятся 17 водяных секций 6, расположенных в первой к дизелю
шахте холодильника (9 справа и 8 слева). Во втором контуре циркулирует
вода, охлаждающая масло дизеля в теплообменнике 8, и наддувочный воздух
в холодильнике 3, расположенном на дизеле 1. Вода второго контура
охлаждается в 30 секциях. Во второй шахте с каждой стороны находится по
12 секций и в первой — по 3 секции. Слева в передней шахте установлена
секция 5 для охлаждения масла гидропривода вентиляторов. Два.
восьмилопастных вентилятора серии УК-2М диаметром 1600 мм приводятся во
вращение гидромоторами.
Расчетные параметры охлаждающего устройства
следующие. Отвод тепла от воды дизеля 85,2 • 10000 от масла 46 • 10000 и
от наддувочного воздуха 18,2 • 10000 ккал/ч. При всех нагрузках и
температуре наружного воздуха +40° С допустимая температура масла на
входе в дизель 70° С.
Сброс нагрузки по предельной температуре масла на входе —75° С с
регулировкой 74 ± 1° С. Предельная температура воды на выходе из дизеля
не должна превышать 95° С. Вода на входе в холодильник наддувочного
воздуха в соответствии с ГОСТ 10598—74 должна иметь температуру не более
65° С при температуре окружающей среды +40° С.
Коломенским заводом совместно с ВНИТИ и ЦНИИ МПС были проведены
реостатные и эксплуатационные испытания модернизированного холодильника
тепловоза ТЭП60-0142 при температуре наружного воздуха 22—35° С.
Изменения температуры воды и масла, полученные во время испытаний (рис.
55), показали, что при работе на расчетном режиме дизеля его холодильник
имеет по допустимым температурам воды и масла дизеля еще некоторый
запас.
Из рис. 55 видно, что холодильник первого контура
охлаждения обеспечивает температуру воды на выходе из дизеля не выше 89°
С при допустимой предельной 95° С. На этом же режиме температура масла
на выходе из дизеля получена (при температуре окружающего воздуха -f 40°
С) равной 80° С при допустимой 85° С, а на входе в дизель —69 С вместо
предельной 74 ± Г С. Температура воды перед холодильником наддувочного
воздуха равна 62° С. Наибольший коэффициент теплопередачи водомасляного
теплообменника по данным испытаний составил 880 ккал/м2ч°С при скорости
масла в трубках 1,5— 1,7 м/с. При частоте вращения вентилятора 1300
об/мин и полностью открытых боковых и верхних жалюзи среднее
сопротивление водяных секций равно 43 кгс/м2, а общее сопротивление
воздушного тракта до вентиляторного колеса — 105 кг/м2. По этим данным с
учетом характеристики водовоздушной секции расход воздуха одним
вентилятором составит 37,6 кг/с, или 140 000 кг/ч.
При модернизации охлаждающего устройства были реализованы следующие
конструктивные решения: а) устранен крышевой холодильник; б)
воздухоочистители, ранее располагавшиеся над секциями в передней к
дизелю шахте, устанавливаются над дизелем (при этом компоновка тепловоза
и возможности обслуживания дизеля не ухудшаются); в) улучшена
конфигурация шахты холодильника. Из нее убраны лишние детали и
трубопроводы, создававшие сопротивление движению воздуха. За счет
подъема секций холодильника улучшен обдув секций и сокращен тракт потока
воздуха от секций до вентиляторного колеса; г) осуществлена форсировка
гидропривода вентилятора. Частота вращения вентиляторных колес на
расчетном режиме увеличена с 1150 до 1320 об/мин. При этом существенно
улучшена компоновка
трубопроводов, применен фильтр-бак новой
конструкции и изменено место его установки, обеспечен лучший доступ к
терморегуляторам, сокращено число фланцевых соединений и др.; д) во
избежание ограничений по масляному холодильнику увеличена допустимая
температура масла на входе в дизель с 65 до 70° С. Сброс нагрузки по
предельной температуре масла на входе в дизель соответственно изменен с
70 до 75° С. На дизеле тепловоза №0142 и на всех последующих установлены
водяные насосы улучшенной конструкции. Благодаря постановке более
экономичных водяных насосов получена среднеэксплуатационная экономия
топлива, составляющая около 2% . И снижение расхода топлива, и повышение
к. п. д. водяных насосов положительно сказались на работе охлаждающего
устройства, уменьшив его тепловую нагрузку примерно на 4%.
Во время испытаний опытного тепловоза №0142 в Мелитополе было отмечено,
что водяные насосы обоих контуров циркуляции работали стабильно. На
режиме максимальной мощности водяной насос первого контура развивал
напор 31 м, а насос второго контура — 42 м и производительность была
равна соответственно 120 и 84 м3/ч (по характеристикам заводских
стендовых испытаний). Пониженная против расчетной (100 м3/ч)
производительность насоса второго контура предопределилась высоким
сопротивлением холодильника наддувочного воздуха (около 3 кгс/см2),
составляющим около 72% общего напора, развиваемого насосом.
В результате проведенной модернизации и
усовершенствования охлаждающего устройства на тепловозе ТЭП60 достигнута
экономия 651 кг металла и 60 кг масла гидропривода на локомотив.
Рис. 54. Схема охлаждающего устройства тепловоза
ТЭП60:
1 — дизель; 2 — водяной насос второго контура; 3 — холодильник
наддувочного воздуха; 4— масляный насос; 5 — секция охлаждения масла
гидропривода; 6 — водяные секции первого коитура; 7 —водяные секции
второго контура; 8 — теплообменник; 9 — водяной насос первого контура